Auswirkungen der frei fallende Kugeln auf ein tief flüssigen Pool mit veränderten Flüssigkeit und Impaktor Oberflächenbedingungen
Summary
Dieses Protokoll zeigt die experimentelle Grundkonfiguration für Wasser Eintrag Experimente mit frei fallende Kugeln. Methoden für die Veränderung der flüssigen Oberfläche mit durchlässigen Stoffen, die Vorbereitung der chemisch nichtnetzende Sphären und Schritte für die Splash-Visualisierung und Daten-Extraktion werden diskutiert.
Abstract
Vertikale Auswirkungen der Kugeln auf sauberes Wasser wurden zahlreiche Wasser Eintrag untersucht Charakterisierung Bildung, splash Krone Aufstieg und Worthington jet-Stabilität. Hier schaffen wir experimentelle Protokolle für die Prüfung Splash Dynamik, wenn glatt fallendes der unterschiedlichen Benetzbarkeit, Masse und Durchmesser Auswirkungen die freie Oberfläche eines tief flüssigen Pools durch dünne Stoffe durchlässig und flüssige Tenside geändert Sphären. Wasser-Eintrag Untersuchungen liefern zugänglich, leicht montiert und ausgeführten Experimente zur Untersuchung komplexer Strömungsmechanik. Wir präsentieren hier einen abstimmbaren Protokoll zur Charakterisierung von Splash Höhe, Strömung Trennung Metriken und Impaktor Kinematik und repräsentative Ergebnisse die erworben werden können, wenn unser Ansatz zu reproduzieren. Die Methoden sind anwendbar, wenn charakteristische Splash Dimensionen unter ca. 0,5 m bleiben. Dieses Protokoll kann jedoch für größere Höhen der Impaktor-Release und Aufprallgeschwindigkeiten, die ein gutes Omen für die Übersetzung Ergebnisse zu Marine und Industrieanwendungen.
Introduction
Die Charakterisierung der Splash Dynamik durch vertikale Auswirkungen von festen Körpern auf einer tief flüssigen Pool1 gilt für Militär, Marine und industrielle Anwendungen wie ballistische Flugkörper Eintrag und Meer Wasseroberfläche landen2, 3,4,5. Die erste der Wassereintritt Studien wurden auch vor mehr als einem Jahrhundert6,7. Hier schaffen wir klare detaillierte Protokolle und best Practices für konsistente Ergebnisse für Wasser Eintrag Untersuchungen zu erreichen. Um gültige experimentelles Design zu erleichtern, wird ein Verfahren vorgestellt, für die Wartung der sanitären Bedingungen, Änderung der Grenzflächen Bedingungen, Kontrolle der dimensionslose Parameter, chemische Modifikation der Impaktor Oberfläche und Visualisierung von Splash Kinematik.
Vertikale Auswirkungen der freifallenden hydrophilen Kugeln auf der ruhenden Flüssigkeit zeigen keine Lufteinschlüsse bei niedrigen Geschwindigkeiten8. Wir finden, dass die Platzierung der dünne durchlässig Stoffe auf der flüssigen Oberfläche Bildung durch erzwungene Strömung Trennung1verursacht. Eine magere Menge Stoff auf der Oberfläche verstärkt über einen Zahlenbereich moderate Weber plantschen, während ausreichend Schichtung dämpft plantschen Sphären zu überwinden bei Fluid Eintrag1ziehen. In diesem Artikel erklären wir Protokolle für die Festlegung der Auswirkungen der Materialstärke auf das Eindringen von Wasser von hydrophilen Bereiche geeignet.
Kavität bilden Spritzer aus hydrophoben Impaktoren zeigen den Aufstieg einer gut entwickelten Splash-Krone, gefolgt von der Vorsprung des primären Jet hoch über der Oberfläche im Vergleich zu ihrem Wasser-Geschmack Gegenstücke8. Hier stellen wir einen Ansatz zur Wasserabweisung durch chemisch verändern die Oberfläche des hydrophilen Sphären zu erreichen.
Mit dem Aufkommen von High-Speed-Kameras Splash Visualisierung und Charakterisierung erreichbarer geworden. Trotzdem rufen etablierte Standards im Bereich für die Verwendung einer einzigen Kamera orthogonal zu der primären Achse des Reisens. Wir zeigen, dass die Verwendung einer zusätzlichen High-Speed-Kamera für obenliegende Ansichten zu zusprechen, dass Kugeln schlagen die vorgesehene Stelle notwendig ist.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieses Protokoll beschreibt die Versuchsplanung und best Practices für Untersuchungen der frei fallende Kugeln auf ein tief flüssigen Pool. Wir beginnen mit Hervorhebung der notwendigen Schritte zur Konfiguration des Experiments für vertikale Auswirkungen. Es ist wichtig, eine ideale Splash-Umgebung mit einer ausreichend großen Splash Zone erstellen, so dass Wandeffekte vernachlässigbar9und eine geeignete visuelle Skala für die Gewinnung von Kinematik12,<su…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren möchten der College of Engineering and Computer Sciences (Mel) an der University of Central Florida für die Finanzierung dieses Projektes Joshua Bom und Chris Souchik für Splash Bilder und Nicholas Smith für wertvolles Feedback zu erkennen.
Materials
| 3D Printer | FlashForge | Creator Pro | Dual Extrusion |
| Alcohol | Swan | M314 | 99% Isopropyl |
| BNC Cables | Thorlabs | 2249-C-24 | |
| Caliper | Anytime Tools | 203185 | Dial |
| Camera | Photron | Mini AX-100 | 16GB Ram |
| Computer | Dell | Windows 7 Pro | |
| Fabric | Georgia Pacific | 19378 | Toilet Paper |
| Fabric | Kleenex | 10036000478478 | Tissue |
| Laser Cutter | Glowforge | Basic | |
| Lights | GS Vitec | LT-V9-15 | Multi-LED |
| Microscope | Keyence | VHX-900F | Digital |
| Retort Stand | VWR | VWRF08530.083 | |
| Router | ASUS | RT-N12 | Off Network |
| Ruler | Westcott | 10432 | Meter Ruler |
| Software | Open-Source | Tracker | Video Analysis |
| Software | Photron | Fastcam Viewer | Video Recording |
| Sphere | Amazon | 8DELSET | Delrin |
| Spray | Rust-Oleum | 274232 | Water Repelling |
| Surfactant | Dawn | 37000973782 | Liquid Soap |
| Surfactant | USP Kosher | 5 Gallons | Glycerin |
| Tensile Tester | MTS | Model 42 | |
| Trigger Switch | Custom Made | ||
| Water Tank | Mr. Aqua | MA-730 | Non-Tempered Glass |
Riferimenti
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